Einfluss von Landschaftsstruktur und Landnutzung auf Laufkäfergemeinschaften in der Agrarlandschaft

Abstract

Der Landnutzungswandel und die Intensivierung in der Landwirtschaft haben in den letzten Jahrzehnten in starkem Maß zu einem Rückgang der Artenvielfalt geführt. Gleichzeitig fehlen noch viele Erkenntnisse hinsichtlich des Einflusses der umgebenden Landschaft auf Artenreichtum, Artenzusammensetzung und ökosystemare Funktionen von Lebensgemeinschaften. Als eine zahlenmäßig sehr bedeutende taxonomische Gruppe sind auch Laufkäfer von den Entwicklungen in der Agrarlandschaft betroffen. Durch die verschiedenen ökologischen Ansprüche der einzelnen Arten ermöglichen sie die Einteilung funktioneller Gruppen, mit deren Hilfe verschiedene Fragestellungen der Landschaftsökologie beleuchtet werden können. Diese Dissertation hat das Ziel, den Einfluss landschaftlicher Steuergrößen auf die Diversität und die Artenzusammensetzung von Laufkäfern und ihrer funktionellen Gruppen, ihre Ausbreitung in der Agrarlandschaft und ihre ökosystemaren Dienstleistungen abzuschätzen. Als Untersuchungssysteme wurden Ackerflächen und Wirtschaftsgrünland herangezogen, die den höchsten Anteil an ackerbaulich genutzter Fläche in Deutschland ausmachen und die sich hinsichtlich ihres Arteninventars und der Auswirkungen landwirtschaftlicher Intensivierung voneinander unterscheiden. In den ersten beiden Studien konnte gezeigt werden, dass die Heterogenität lokaler Habitat- und Managementfaktoren und regionaler Landschaftskompositionen zu stark heterogenen Laufkäfergemeinschaften auf Wirtschaftsgrünland führte, bei denen die Unterschiede der Artenzusammensetzung zwischen den Flächen den größten Teil der regionalen Artenvielfalt ausmachte. Es zeigte sich aber auch, dass die Effektrichtung und Effektstärke der verschiedenen Einflussfaktoren, sowie der Beitrag zu den Komponenten der regionalen Diversität sich für die unterschiedlichen funktionellen Gruppen unterschieden. In den nächsten beiden Studien wurde der Einfluss naturnaher Landschaftsstrukturen auf die Kolonisation von Ackerflächen nach der Überwinterung, bzw. auf die Auswirkung von Habitatisolierung bei Wirtschaftsgrünland für funktionelle Gruppen mit unterschiedlichem Ausbreitungspotential untersucht. Hier konnte nachgewiesen werden, dass die funktionelle Gruppe mit höherem Ausbreitungspotential gar nicht, oder nur schwach auf den Einfluss der Landschaft reagierte, die funktionelle Gruppe mit niedrigem Ausbreitungspotential hingegen sehr stark. Naturnahe Rand- und Uferstrukturen verzögerten für Laufkäfer mit niedrigem Ausbreitungspotential die Geschwindigkeit der Besiedlung von Äckern im Frühjahr, verminderten aber für diese funktionelle Gruppe auch den negativen Einfluss der Habitatisolierung auf die Artenzahl auf Grünland. Überdies wurde eine starke räumliche und zeitliche Abhängigkeit des Landschaftseinflusses nachgewiesen. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung funktioneller Gruppen und verdeutlichten die Notwendigkeit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung bei der Untersuchung ökologischer Prozesse, um Effekte nachweisen zu können, die auf verschiedenen Skalen divergieren. In der letzten Studie wurde der Einfluss lokaler und regionaler Bewirtschaftung auf die Diversität und ökosystemare Dienstleitungen von Laufkäfern und anderen Taxa untersucht. Lokale ökologische Bewirtschaftung erhöhte die Predation von Wildkräutersamen auf den Untersuchungsflächen und die Interaktion lokaler und regionaler Bewirtschaftung erhöhte die Diversität der Laufkäfer. Diese Untersuchung verdeutlichen die Bedeutung des Bewirtschaftungssystems auf die Heterogenität der Agrarlandschaft und die wirtschaftliche Bedeutung des Landschaftsmanagements für die Erhaltung der ökosystemaren Dienstleistungen. Insgesamt betonen die vorliegenden Studien die Bedeutung einer höheren Auflösung von taxonomischen Gruppen bei landschaftsökologischen Untersuchungen. Da ökologische Prozesse zwischen den Arten bzw. funktionellen Gruppen variieren, ist die Diversität der Laufkäfer als alleinige Messgröße in vielen Fällen für die Beantwortung ökologischer Fragestellungen unzureichend. Daher sollte eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung von Landschaftseinflüssen auf die unterschiedlichen funktionellen Gruppen der Laufkäfer in die Analysen mit aufgenommen werden, wenn der Focus von Untersuchungen auf dem Erhalt von Biodiversität und ökosystemarer Dienstleistung in Agrarlandschaften liegt.

The change in land-use and the intensification in agricultural production are identified as major drivers for the loss of biodiversity in the last decades. In addition, there is a lack of knowledge about the impact of the surrounding landscape on diversity, community composition and ecosystem services of species communities in agricultural landscapes. Ground beetles are highly affected by agricultural development as they are represented by a high number of species and individuals in agricultural landscapes. They can be divided into functional groups due to their varying species traits, which can be a helpful tool in dealing with issues of landscape ecology. Thus, in this cumulative dissertation, the impact of landscape variables on the diversity and composition of ground beetles and their functional groups, their dispersal, colonisation and ecosystem service was studied. Agricultural crops and permanent grasslands make up the largest part of agricultural landscapes and harbour varying compositions of ground beetles species. As the effect of agricultural intensification also differs between these two systems, analyses were conducted in both systems to amplify the knowledge of landscape impacts on ground beetles in agricultural landscapes. The heterogeneity of local habitat and management factors and landscape composition led to highly heterogeneous ground beetle communities, which was shown with the first two studies. The differences among the species composition of different grasslands accounted for the largest share of the regional diversity. Additionally, it was demonstrated that effect size and effect direction of the analysed variables varied for different functional groups as well as the degree to which they contribute to the regional diversity. The third and fourth study analysed the impact of semi-natural landscape elements on the colonisation of crop fields in spring and the impact of habitat isolation on managed grassland on functional groups, respectively, differing in their dispersal ability. It was documented that ground beetles with high dispersal ability were not or only weakly affected whereas ground beetles with low dispersal ability were strongly affected by landscape variables. Semi-natural boundaries and banks delayed the speed of crop colonisation in spring of ground beetles with low dispersal ability but also diminished the negative impact of habitat isolation on their species number on managed grassland. Furthermore, a strong spatial and temporal dependency of landscape impacts could be demonstrated. These results pointed out the meaning of functional groups as a powerful tool for analysing ecological questions and the need for a high temporal and spatial resolution in studies that focus ecological processes as they might diverge at different scales. The last study dealt with the local and regional impact management on the diversity and the ecosystem services of ground beetles and other taxa. It could be shown that organic management at the local scale enhanced the predation of weed seeds on the study sites whereas the interaction of local and regional management enhanced the diversity of ground beetles. These results demonstrated the relevance of including different management systems to preserve the heterogeneity of agricultural landscapes and the importance of landscape management for the maintenance of ecosystem services.In conclusion, the results of the dissertation show the necessity of a higher resolution of taxonomic groups for research in landscape ecology. As ecological processes vary between species and functional groups, respectively, species diversity of ground beetles as sole measure for solving ecological questions is usually insufficient. Therefore, a high temporal and spatial resolution of landscape impacts on different functional groups of ground beetles should be taken into account if studies focus on biodiversity and ecosystem function and services in agricultural landscapes.